CN116097029A - 用于线性电动机机器的筒中筒结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于线性电动机机器的筒中筒结构(100)。所述筒中筒结构包含(a)外度量框架(20)，所述外度量框架用于对维持有效负载(50)和允许所述有效负载(50)在其上移动做出回应；(b)内力框架(10)，所述内力框架被包围在所述外度量框架(20)的中空腔体(22)内并且对将由所述有效负载(50)施加的任何反作用力传递至所述内力框架(10)的底部做出回应，其中所述内力框架(10)的底端安装至所述外度量框架(20)的底端，并且这样的安装定位至地面。所述内力框架(10)将通过由所述线性电动机机器产生的动态运动施加的任何反作用力直接传递至所述内力框架(10)的底部，从而使线性电动机运动引起的振动最小化或安定。

Description

用于线性电动机机器的筒中筒结构

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年9月15日申请的标题名称为“A NOVEL TUBE-IN-TUBESTRUCTURE DESIGN FOR LINEAR MOTOR MACHINE”的新加坡临时申请第10202009051X号的权益。先前申请的教导由此以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及框架结构，并且更具体而言涉及用于线性电动机机器的筒中筒结构设计。

背景技术

机床、半导体和医疗工业等全部在很大程度上使用线性运动机器。这些线性机器的性能依赖于高速度和非常精确的定位，因此，线性运动机器引起的振动必须在机器的应用过程中安定。

一般而言，线性电动机移动机构具有(i)诸如线性轴承、编码器刻度等的度量衡元件和(ii)诸如安装在共用基座上的电动机铁芯的力元件。牛顿第三定律陈述，对于自然界中的每种作用(力)，存在相等并相反的反作用。

当电动机正向前移动时，电动机对共用基座结构造成相等反作用力。由于这个反作用力，共用基座结构将产生振动。基座结构将在相对于电动机行进方向的相反方向上偏转。电动机将必须来回行进若干次以处于适当位置中。

这意味着运动需要较多时间以在一个位置处安定下来。图2(a)指示被用作线性电动机机器的共用基座结构的常规结构。

美国专利第5,105,109A号公开用于升降机的线性电动机驱动类型的支撑结构，所述支撑结构由充当线性电动机的次级侧的定子和充当所述定子的初级侧的移动元件组成，支撑结构的特征在于，定子的一端通过构造为允许定子的振动的第一支撑装置紧固至建筑物侧，并且定子的另一端通过次级支撑装置紧固至建筑物侧，所述次级支撑装置向定子提供预定张力并且吸收定子的振动。

美国专利第6,098969 A号公开半主动可变刚度控制(SAIVS)设备，所述半主动可变刚度控制设备可在最大刚度与最小刚度之间连续地并且平稳地改变其刚度。其包含四个弹簧和伸缩管元件，所述伸缩管元件以具有顶点处的枢轴关节的菱形配置布置。SAIVS被安装为结构元件之间的连接，并且通过响应于计算机中的控制算法改变其配置平稳地变化连接刚度。

发明内容

参考以下附图、描述和权利要求书将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。

本发明的主要目标将提供用于线性电动机机器的筒中筒结构(100)，所述筒中筒结构包含

(a)外度量框架(20)，所述外度量框架具有一对细长度量衡筒(20’)，所述细长度量衡筒与水平横梁(24)连接，其中所述细长度量衡筒(20’)中的每一个具有顶端和底端，所述外度量框架(20)具有中空腔体(22)以用于对维持有效负载(50)和允许所述有效负载(50)在其上移动做出回应；

(b)内力框架(10)，所述内力框架具有多个内力筒(10’)，其中所述内力筒(10’)中的每一个具有顶端和底端，并且所述内力筒(10’)在其所述顶端处与内水平横梁(24’)连接，所述内力框架(10)被包围在所述外度量框架(20)的所述中空腔体(22)内并且对将由所述有效负载(50)施加的任何反作用力传递至所述内力框架(10)的所述底部做出回应；

其中所述内力筒(10’)的所述底端安装至所述外度量衡筒(20’)的所述底端，并且所述内力框架(10)的所述底部相当于所述外度量框架(20)的所述底部，所述底部等同于所述外度量框架连接至地面的位置。

本发明的又一目标将提供用于线性电动机机器的筒中筒结构(100)，所述筒中筒结构进一步包含多个阻尼装置(30)，所述阻尼装置设置在所述内力筒(10’)与所述外度量衡筒(20’)之间，所述阻尼装置(30)在所述内力筒(10’)与所述外度量衡筒(20’)之间间隔开。

本发明的另一目标将提供筒中筒结构(100)，其中所述阻尼装置(30)以取消或减少由运动中的所述线性电动机机器产生的振动的方式位于所述外度量衡筒(20’)的所述中空腔体(22)内。

本发明的又一目标将提供筒中筒结构(100)，其中振动为在线性电动机机器的操作过程中产生的动态运动，并且由所述线性电动机机器产生的任何反作用力通过所述内力筒(10’)直接传递至所述内力框架(10)的所述底部。

本发明的另一目标将提供筒中筒结构(100)，其中所述外度量衡筒(20’)和所述内力筒(10’)为中空的和细长的，由金属制成。

本发明的又一目标将提供用于线性电动机机器的筒中筒结构(100)，其中线性电动机运动安定时间显著地减少，因为直接来自力框架(10)的任何反作用力仅为流向外度量框架(20)的那个力的一小部分。

本发明的另一目标将提供用于线性电动机机器的筒中筒结构(100)，其中反作用力通过所述内力框架直接传递至所述筒中筒结构的所述底部。

本发明的另一目标将提供用于线性电动机机器的筒中筒结构(100)，其中所述阻尼装置用来吸收来自振动的能量，以便使运动快速安定下来。

附图说明

对本发明的性质和目标的进一步理解将在考虑结合附图取得的以下具体实施方式后变得显而易见，其中：

图1为根据本发明的用于线性运动机器的筒中筒结构的透视图；

图2为用于线性运动机器的常规筒结构的截面图；并且

图3为根据本发明的用于线性运动机器的筒中筒结构的截面图。

具体实施方式

以下详细描述具有执行发明的示例性实施例的最当前设想模式。描述并非在限制性意义上取得，但仅出于说明本发明的一般原理的目的而进行，因为本发明的范围通过所附权利要求书最好地限定。

参考图1，一般地，示出根据本发明的用于线性运动机器的筒中筒结构的透视图。为金属结构的筒中筒结构(100)是用于制造过程中的线性电动机机器。金属结构或筒中筒结构(100)包含(i)表示为外度量框架(20)的外结构构件；(ii)表示为内力框架(10)的内结构构件；(iii)多个阻尼装置(30)；和(iv)底板(40)，所述底板充当用于外度量框架(20)和内力框架(10)的一端的基座。外度量框架(20)具有一对细长度量衡筒(20’)，所述细长度量衡筒与外水平横梁(24)连接，其中细长度量衡筒(20')中的每一个具有顶端及底端，并且外度量框架(20)的内部为中空腔体(22)并且外度量框架(20)的外水平横梁(24)用于对维持有效负载(50)和允许有效负载(50)在其上移动做出回应。

如本发明的优选实施例的图中所示，内力框架(10)具有一对内力筒(10’)，其中内力筒(10’)中的每一个具有顶端和底端，并且内力筒(10’)在其所述顶端处与内水平横梁(24’)连接，内力筒(10’)被包围在外度量衡筒(20’)的中空腔体(22)内，并且对将通过有效负载(50)施加的任何反作用力传递至内力筒(10’)的底部做出回应。

根据本发明的优选实施例，多个阻尼装置(30)设置在中空腔体(22)内的内力筒(10’)与外度量衡筒(20’)之间，并且阻尼装置(30)在内力筒(10’)与外度量衡筒(20’)之间大体等距间隔开。底板(40)为用于安装内力筒(10’)的底端和外度量衡筒(20’)的底端的的平坦基座。内力框架(10)将通过由线性电动机机器产生的动态运动施加的任何反作用力直接传递至内力框架(10)的底部。

通常，线性电动机移动机构具有度量衡元件(诸如线性轴承、编码器刻尺)，和力元件(磁轨)，所述力元件安装在共用基座上。基于牛顿第三运动定律，对于自然界中的每种作用(力)，存在相等并相反的反作用。如描绘用于线性运动机器的常规筒结构的截面图的图2中所示，当电动机(50)正向前移动时，通过电动机(50)施加的力对共用基座结构引起相等的反作用力F。由于反作用力，共用基座结构将具有振动。需要电动机来回行进若干次以便处于适当位置。因而，振动需要较多时间以安定下来。

通常，如图1中所示，示出根据本发明的用于线性电动机15机器的筒中筒结构(100)，将通过利用不同大小的金属中空横梁或金属筒等存在2个基座/框架。为内力框架(10)的较小大小的筒元件将被包围在较大大小的筒元件中，所述较大大小的筒元件为外度量框架(20)。对于这个结构，唯一的共用接触点在底板(40)上，其中筒元件(10’、20’)的两个底端被焊接或安装在一起。线性电动机移动机构的度量衡元件将安装在外度量框架(20)上，而力元件安装在内力框架(10)上。

参考图3，显示根据本发明的用于线性运动机器的筒中筒结构(100)的截面图。在这种情况下，牛顿第三运动定律适用。在本发明的优选实施例中，反作用力通过内力框架(10)直接传递至筒中筒结构(100)的底板(40)。存在可发生在内力框架(10)上的振动，但是振动可自外度量框架(20)显著地减轻。因此，线性电动机机器的线性电动机运动安定时间可显著地减少，因为不存在直接在外度量框架(20)上引起的反作用力。

优选实施例的筒中筒结构(100)为新颖的和独特的，因为本发明的结构(100)与任何现有技术中的常规结构或类似结构相比为紧凑的，在任何现有技术中，需要另一结构或第二结构，所述另一结构或第二结构因而占据较多空间并且具有更复杂的机械设计和对准。在优选实施例中，内力框架(10)隐藏在外度量框架(20)内侧，并且机械设计为整洁的，并且所需要的对准简单得多。

在本发明中，多个阻尼装置(30)的使用改善筒中筒结构(100)的阻尼，这提高振动安定。阻尼装置(30)可为任何种类的阻尼装置，诸如机械阻尼器、减震器和可填充至外度量框架(20)与内力框架(10)之间的任何其他材料或液体。多个阻尼装置(30)以取消或减少由运动中的线性电动机机器产生的振动的方式位于外度量框架(20)的中空腔体(22)内，或者换句话说，阻尼装置(30)用来吸收来自振动的能量以实现结构(100)的快速运动安定。

在线性电动机机器的操作的过程中，由线性电动机机器产生的任何反作用力通过内力框架(10)直接传递至内力框架(10)的底部。外度量框架(20)和内力框架(10)为由金属制成的细长中空结构。

因为可在不脱离本文涉及的本发明的范围的情况下在先前公开内容中做出某些变化，所以意图在于，含于以上描述中并在附图中描绘的所有事物是在说明性而非限制性意义上解释。

Claims (11)

1.一种用于线性电动机机器的筒中筒结构(100)，所述筒中筒结构包含

(a)外度量框架(20)，具有一对细长度量衡筒(20’)，所述细长度量衡筒与水平横梁(24)连接，其中所述细长度量衡筒(20’)中的每一个具有顶端和底端，所述外度量框架(20)具有中空腔体(22)以用于对维持有效负载(50)和允许所述有效负载(50)在其上移动做出回应；以及

(b)内力框架(10)，具有多个内力筒(10’)，其中所述内力筒(10’)中的每一个具有顶端和底端，并且所述内力筒(10’)在其所述顶端处与内水平横梁(24’)连接，所述内力框架(10)被包围在所述外度量框架(20)的所述中空腔体(22)内并且对将通过所述有效负载(24)施加的任何反作用力传递至所述内力框架(10)的底部做出回应；其中所述内力筒(10’)的所述底端安装至所述外度量衡筒(20’)的所述底端，并且所述内力框架(10)的所述底部和所述外度量框架(20)的所述底部的这种安装定位至地面。

2.如权利要求1所述的用于线性电动机机器的筒中筒结构(100)，所述筒中筒结构进一步包含多个阻尼装置(30)，所述阻尼装置设置在所述内力筒(10’)与所述外度量衡筒(20’)之间，所述阻尼装置(30)在所述内力筒(10’)与所述外度量衡筒(20’)之间等距间隔开。

3.如权利要求1所述的用于线性电动机机器的筒中筒结构(100)，其中所述内力筒(10’)为包围在所述外度量衡筒(20’)中的小尺寸筒元件，所述外度量衡筒为大尺寸筒元件。

4.如权利要求2所述的用于线性电动机机器的筒中筒结构(100)，其中所述内力筒(10’)隐藏在所述外度量衡筒(20’)中。

5.如权利要求4所述的用于线性电动机机器的筒中筒结构(100)，其中底板(40)的共用接触点是通过焊接或装配所述内力筒(10’)和所述外度量衡筒(20’)的底端而形成。

6.如权利要求2所述的用于线性电动机机器的筒中筒结构(100)，其中所述阻尼装置(30)以使由运动中的所述线性电动机机器产生的振动能量耗散的方式位于所述外度量框架(20)的所述中空腔体(22)内。

7.如权利要求2或权利要求6所述的用于线性电动机机器的筒中筒结构(100)，其中所述阻尼装置(30)包括粘性液体、颗粒介质和粘弹性材料。

8.如权利要求1所述的用于线性电动机机器的筒中筒结构(100)，其中所述内力框架(10)的所述底部和外度量框架(20)的所述底部的所述安装定位至地面，并且由所述线性电动机机器产生的任何反作用力通过所述内力框架(10)直接传递至所述内力框架(10)的所述底部。

9.如权利要求1所述的用于线性电动机机器的筒中筒结构(100)，其中所述外度量框架(20)和所述内力框架(10)为由金属制成的中空横梁。

10.如权利要求1所述的用于线性电动机机器的筒中筒结构(100)，其中所述外度量框架(20)用来为线性电动机定位系统的运动提供几何引导。

11.如权利要求2、权利要求6或权利要求7所述的用于线性电动机机器的筒中筒结构(100)，其中所述多个阻尼装置(30)被操作性地布置，使得所述线性电动机运动的振动引起的能量被吸收以达成快速安定的运动。

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